我所发展了中空碳球负载Co单原子催化剂用于Li-Se电池正极材料

  近日,我所微纳米反应器与反应工程学研究组(05T7组)刘健研究员团队与中国科学技术大学宋礼教授、悉尼科技大学刘浩副教授、汪国秀教授团队合作,制备了N掺杂空心多孔碳负载Co单原子纳米反应器(CoSA-HC)。该反应器作为锂—硒电池正极表现出了较高的放电容量、优越的倍率性能和极佳的循环稳定性,其库仑效率接近100%,为金属—硫族电池(MCB)电极设计提供了新思路。

  刘健团队长期致力于深入研究微/纳米反应器中的催化基础理论,实现活性组分在纳米反应器中的精准定位。前期工作中,该团队与吴忠帅研究员团队合作,发展了Fe1-xS纳米颗粒负载的多孔碳球纳米反应器,作为锂—硫电池正极基体,实现了在0.5C的电流密度条件下,容量保持1070mAh/g循环200圈几乎没有衰减(Adv. Energy Mater., 2020)。Se正极具有优异的电子导电性,与S正极的体积容量相当。然而,由于聚硒化物的穿梭效应,导致Se与Li的反应活性低,容量衰减快,阻碍了Li-Se电池的实际应用。

  本工作中,科研人员借助单原子催化剂独特的电子结构、最高的原子利用效率和优异的催化性能,通过使用PVP修饰的PS作为模板、调节双金属ZnCo-ZIFs前驱体中的Co和Zn含量,成功合成了N掺杂空心多孔碳负载的Co单原子(CoSA-HC)纳米反应器。CoSA-HC纳米反应器中单原子Co位点可以有效激活硒的反应活性,固定硒和聚硒化物,中空结构可提供更多的活性位点及更大的电极/电解液接触面积,并改善传质效果及抑制反应过程带来的体积膨胀。

  上述工作于近日发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上。该工作得到中科院洁净能源创新研究院合作基金等项目的资助。(文/苏盼盼 图/田昊)

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